CN112112590A - 一种适于海洋钻探的绳索取心钻具及工艺方法 - Google Patents
一种适于海洋钻探的绳索取心钻具及工艺方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112112590A CN112112590A CN202010936187.1A CN202010936187A CN112112590A CN 112112590 A CN112112590 A CN 112112590A CN 202010936187 A CN202010936187 A CN 202010936187A CN 112112590 A CN112112590 A CN 112112590A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- assembly
- drilling
- drilling tool
- coring
- core
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000005553 drilling Methods 0.000 title claims abstract description 214
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 46
- 238000004080 punching Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 44
- 241001449342 Chlorocrambe hastata Species 0.000 claims description 35
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims description 15
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 10
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 10
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 6
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims description 6
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 3
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 claims description 3
- NMJORVOYSJLJGU-UHFFFAOYSA-N methane clathrate Chemical compound C.C.C.C.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O NMJORVOYSJLJGU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 2
- 238000009527 percussion Methods 0.000 claims 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 10
- 230000000712 assembly Effects 0.000 abstract description 5
- 238000000429 assembly Methods 0.000 abstract description 5
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 17
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 2
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B25/00—Apparatus for obtaining or removing undisturbed cores, e.g. core barrels or core extractors
- E21B25/18—Apparatus for obtaining or removing undisturbed cores, e.g. core barrels or core extractors the core receiver being specially adapted for operation under water
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B25/00—Apparatus for obtaining or removing undisturbed cores, e.g. core barrels or core extractors
- E21B25/02—Apparatus for obtaining or removing undisturbed cores, e.g. core barrels or core extractors the core receiver being insertable into, or removable from, the borehole without withdrawing the drilling pipe
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B25/00—Apparatus for obtaining or removing undisturbed cores, e.g. core barrels or core extractors
- E21B25/08—Coating, freezing, consolidating cores; Recovering uncontaminated cores or cores at formation pressure
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
一种适于海洋钻探的绳索取心钻具及其工艺方法，其绳索取心钻具包括外总成和内总成，所述外总成从上至下依次设置保压钻具弹卡挡头、保压钻具弹卡室、弹卡挡头、弹卡室、密封外管、调节短节和钻头，在弹卡室和密封外管连接部位设置座环，所述钻头设有传扭内花键，并在传扭内花键上端设有倒角引锥；所述内总成包括分别与不同地层结构相匹配的压入式取心内钻具、超前取心内钻具、自适应伸缩内钻具、绳冲内钻具、多级内管伸缩内钻具和保压取心内钻具；取心作业时，内总成置于外总成内腔中，并在内总成和外总成之间形成环空结构。本发明通过配置不同结构的取心钻具内总成来适应不同海洋地层的结构特点，达到了提高工作效率、降低施工成本的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种绳索取心钻具及工艺方法，尤其是一种适于海洋钻探的绳索取心钻具及工艺方法。
背景技术
海底地层形态复杂，不同地层性质的差异较大，例如：海底浅表层淤泥具有塑性大、易被冲蚀等特点；淤泥层下的粉砂、粗砂、砾石等地层成孔难度大、易丢失岩心；风化基岩及基岩层岩石强度高、钻探进尺慢。在陆地上进行地质勘探时，为适应地层变化，可以采用提钻换钻具的钻进方法；但是针对海洋取心钻探时，上述操作方法存在以下缺点：一是海洋钻探施工难度大，提、下钻耗费时间长，通过提钻换钻具的方法将使施工成本大大提高；二是海洋钻探提、下钻过程中，钻具重新进入钻孔的操作费时费力，工作效率较低。
发明内容
本发明提供一种适于海洋钻探的绳索取心钻具及工艺方法，旨在通过在同一套钻具中配置不同结构的取心钻具内总成，以适应不同海洋地层特点，达到提高工作效率、降低施工成本的目的。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种适于海洋钻探的绳索取心钻具，包括外总成和内总成，所述外总成从上至下依次设置保压钻具弹卡挡头、保压钻具弹卡室、弹卡挡头、弹卡室、密封外管、调节短节和钻头，在弹卡室和密封外管连接部位设置座环，所述钻头内壁上设有传扭内花键，并在传扭内花键上端设有倒角引锥；所述内总成包括分别与不同地层结构相匹配的压入式取心内钻具、超前取心内钻具、自适应伸缩内钻具、绳冲内钻具、多级内管伸缩内钻具和保压取心内钻具；取心作业时，内总成置于外总成内腔中，搭载在外总成的座环上，并在内总成和外总成之间形成环空结构。
上述适于海洋钻探的绳索取心钻具，所述压入式取心内钻具设有固定部件和套装在固定部件外面的活塞式运动部件，所述固定部件包括第一捞矛头组件、第一悬挂环、连接轴和芯轴，所述第一捞矛头组件通过连接轴与芯轴连接，在连接轴上套装第一悬挂环，所述活塞式运动部件包括活塞组件、第一内管组件和第一内钻头，在取心作业前，活塞式运动部件通过销轴固定在连接轴上，在活塞组件中设有与外总成中密封外管紧密贴合的凸缘活塞，取心作业时，由钻台面上设置的水泵向内总成和外总成之间环空结构中注入高压泥浆，通过凸缘活塞为活塞式运动部件提供向下的推力，推动活塞式运动部件剪断销轴后向下运动。
上述适于海洋钻探的绳索取心钻具，所述压入式取心内钻具的活塞式运动部件中还设有快速拆卸机构，所述快速拆卸机构包括快拆内套、快拆锁环、定位键和快拆外套，所述快拆内套上端与活塞组件中的活塞座装配，快拆外套下端与第一内管组件装配，快拆内套与快拆外套配装，通过定位键、快拆锁环的配合实现快速拆卸结构的定位锁止。
上述适于海洋钻探的绳索取心钻具，所述超前取心内钻具从上至下依次设置第二捞矛头组件、第二悬挂环、第二内管组件和第二内钻头；所述第二捞矛头组件中设有弹卡，超前取心内钻具通过弹卡与外总成中弹卡室、第二悬挂环与外总成中座环配合实现轴向定位；所述第二内钻头外壁设有传扭外花键，所述传扭外花键与外总成钻头上传扭内花键相匹配，在传扭外花键下端设有与外总成中钻头上倒角引锥配合的反向倒角引锥。
上述适于海洋钻探的绳索取心钻具，所述自适应伸缩内钻具包括由上至下依次装配的第三捞矛头组件、第三悬挂环、传扭轴、传扭套、第三内管组件和第三内钻头；所述第三捞矛头组件中设有弹卡，自适应伸缩内钻具通过弹卡与外总成中弹卡室、第三悬挂环与外总成中座环配合实现轴向定位；所述外总成通过弹卡挡头及弹卡为自适应伸缩内钻具提供回转动力，再通过传扭轴与传扭套配合驱动第三内钻头旋转；在所述第三悬挂环和传扭套之间设置压缩弹簧，所述压缩弹簧套装在传扭轴外面。
上述适于海洋钻探的绳索取心钻具，所述绳冲内钻具从上至下依次设置第四捞矛头组件、第四悬挂环、液动锤组件、第四内管组件和第四内钻头；所述第四捞矛头组件中设有弹卡，绳冲内钻具通过弹卡与外总成中弹卡室、第四悬挂环与外总成中座环配合实现轴向定位；所述液动锤组件在钻井液压力驱动下工作，为第四内钻头提供向下的冲击力。
上述适于海洋钻探的绳索取心钻具，所述多级内管伸缩内钻具从上至下依次设置第五捞矛头组件、第五悬挂环、第五内管组件和第五内钻头；所述第五捞矛头组件中设有弹卡，多级内管伸缩内钻具通过弹卡与外总成中弹卡室、第五悬挂环与外总成中座环配合实现轴向定位；所述第五内管组件中设置至少三层伸缩内管，所述伸缩内管套装在一起，通过在其下端设置的销钉锁止固定，所述销钉为阶梯轴状销钉。
上述适于海洋钻探的绳索取心钻具，所述保压取心内钻具中悬挂环与外总成中座环、弹卡与外总成中保压钻具弹卡室配合实现保压取心内钻具的轴向定位。
一种适于海洋钻探的绳索取心工艺方法，在海洋地层岩心取样作业过程中，根据不同深度海洋地层特点，更换相应的内总成钻具，具体操作步骤如下：
a、针对海底开孔的淤泥地层，选用压入式取心内钻具，通过钻台面上布置的水泵将高压泥浆注入内总成和外总成之间形成的环空结构中，通过泥浆压力驱动活塞式运动部件剪断销轴后向下运动，使第一内钻头冲入软弱地层中，并在第一内管组件中获取淤泥地层岩心；
b、在地层变化为泥质粉砂、粉砂质泥等含水量少的地层后，选用超前取心内钻具获取地层岩心，通过外总成钻头的传扭内花键与第二内钻头的传扭外花键配合实现伸出的第二内钻头的旋转钻进，并在第二内管组件中获取泥质粉砂、粉砂质泥地层岩心；
c、当遇到软硬交错的互层地层后，选用自适应伸缩内钻具进行钻进取心，地层较软时，自适应伸缩内钻具中伸出的第三内钻头超前外总成中钻头的长度较长，此时第三内钻头不受泥浆冲洗，可有效保护岩心，在地层变硬后，压缩弹簧被压缩，第三内钻头缩回至与外总成钻头齐平，此时第三内钻头受到泥浆的冲洗，可有效冷却第三内钻头以防止出现烧钻现象；
d、当钻进到较硬的地层如风化基岩、基岩等地层后，选用绳冲内钻具进行钻进，通过液动锤组件提供向下冲击力，提高取心钻进效率；
e、当在破碎地层钻进时，选用多级伸缩取心内钻具，通过第五内管组件中层叠布置的多级内管，增大回次进尺长度，如果发生岩心堵塞内管问题，销钉连接最内层内管的部位被剪断，使最内层内管向上滑动，这时第二层内管内腔容纳岩心继续钻进，如果第二层内管再次堵塞，则剪断销钉连接第二层内管的部位，使第二层内管向上滑动，第三层内管内腔容纳岩心继续钻进；
f、当在海域天然气水合物储藏层取心钻进时，选用保压取心内钻具进行取心作业，使取得的岩心样品保持原状，保压取心内钻具的弹卡与外总成中保压钻具弹卡室、悬挂环与外总成中座环配合实现轴向定位。
上述适于海洋钻探的绳索取心工艺方法，在所述步骤a中，压入式取心内钻具被打捞后，通过快速拆卸机构将压入式取心内钻具中活塞式运动部件拆开为上下两部分，再将第一内管组件中岩心取出。
本发明中所述适于海洋钻探的绳索取心钻具在一套外总成内兼容不同结构的内总成，针对不同地层结构，可通过更换内钻具的方式获取岩心，使其在大部分地层不提钻即可完成取心工作；本发明所述用于海洋钻探的绳索取心工艺方法，可通过更换内钻具满足不同地层的钻进需求，不仅减少了提钻换钻具的施工步骤，也避免了海洋钻探施工中需要钻孔重入的频繁操作，从而极大地提高了施工效率。总之，本发明通过配置不同的取心钻具内总成来适应不同海洋地层的结构特点，达到了提高工作效率、降低施工成本的目的。
附图说明
图1是适于海洋钻探的绳索取心钻具示意图；
图2是适于海洋钻探的绳索取心钻具外总成结构示意图；
图3是外总成钻头结构示意图；
图4是图3中A-A剖面结构示意图；
图5是压入式取心内钻具结构示意图；
图6是压入式取心内钻具固定部件结构示意图；
图7是压入式取心内钻具活塞式运动部件结构示意图；
图8是压入式取心内钻具活塞式运动部件中快速拆卸机构示意图；
图9是图8的爆炸结构图；
图10是超前取心内钻具结构示意图；
图11是图10中B-B剖面结构示意图；
图12是自适应伸缩内钻具结构示意图（内钻头伸出状态）；
图13是自适应伸缩内钻具在内钻头缩回状态的结构示意图；
图14是绳冲内钻具结构示意图；
图15是多级伸缩取心内钻具结构示意图；
图16是图15中C处结构放大图。
图中各标号清单为：
1、外总成， 1-1、保压钻具弹卡挡头，1-2、保压钻具弹卡室，1-3、弹卡挡头，1-4、弹卡室，1-5、座环，1-6、密封外管，1-7、调节短节，1-8、钻头，1-8-1、传扭内花键，1-8-2、倒角引锥；
2、内总成
2-1、压入式取心内钻具
Ⅰ、固定部件 2-1-1、第一捞矛头组件，2-1-2、第一悬挂环，2-1-3、连接轴，2-1-4、芯轴，
Ⅱ、活塞式运动部件 2-1-5、活塞组件，2-1-5-1、凸缘活塞，2-1-6、快速拆卸机构，2-1-6-1、快拆内套，2-1-6-2、快拆锁环，2-1-6-3、定位键，2-1-6-4、快拆外套，2-1-7、第一内管组件，2-1-8、第一内钻头，
Ⅲ、销轴；
2-2、超前取心内钻具，2-2-1、第一捞矛头组件，2-2-2、第二悬挂环，2-2-3、第二内管组件，2-2-4、第二内钻头，2-2-5、传扭外花键，2-2-5-1、反向倒角引锥；
2-3、自适应伸缩内钻具，2-3-1、第三捞矛头组件，2-3-2、第三悬挂环，2-3-3、压缩弹簧，2-3-4、传扭轴，2-3-5、传扭套，2-3-6、第三内管组件，2-3-7、第三内钻头；
2-4、绳冲内钻具，2-4-1、第四捞矛头组件，2-4-2、第四悬挂环，2-4-3、液动锤组件，2-4-4、第四内管组件，2-4-5、第四内钻头；
2-5、多级内管伸缩内钻具，2-5-1、第五捞矛头组件，2-5-2、第五悬挂环，2-5-3、第五内管组件，2-5-4、第五内钻头，2-5-5、销钉；
3、环空结构。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。
参看图 1、图2、图3、图4，本发明提供一种适于海洋钻探的绳索取心钻具，所述绳索取心钻具包括外总成1和内总成2，所述外总成1从上至下依次设置保压钻具弹卡挡头1-1、保压钻具弹卡室1-2、弹卡挡头1-3、弹卡室1-4、密封外管1-6、调节短节1-7和钻头1-8，在弹卡室1-4和密封外管1-6连接部位设置座环1-5，所述钻头1-8内壁上设有传扭内花键1-8-1，并在传扭内花键1-8-1上端设有倒角引锥1-8-2；取心作业时，内总成2置于外总成1内腔中，搭载在外总成1的座环1-5上，并在内总成2和外总成1之间形成环空结构3。
参看图 5、图10、图12、图14、图15，在本发明所述的适于海洋钻探的绳索取心钻具中，所述内总成2包括分别与不同地层结构相匹配的压入式取心内钻具2-1、超前取心内钻具2-2、自适应伸缩内钻具2-3、绳冲内钻具2-4、多级内管伸缩内钻具2-5和保压取心内钻具.
参看图5、图6，本发明所述的适于海洋钻探的绳索取心钻具，其压入式取心内钻具2-1设有固定部件Ⅰ和套装在固定部件Ⅰ外面的活塞式运动部件Ⅱ，在取心作业前，活塞式运动部件Ⅱ通过销轴Ⅲ固定在连接轴2-1-3上，取心作业时，由钻台面上设置的水泵向内总成2和外总成1之间环空结构3中注入高压泥浆，为活塞式运动部件Ⅱ提供向下的压力，推动活塞式运动部件Ⅱ剪断销轴Ⅲ后向下运动；所述固定部件Ⅰ包括第一捞矛头组件2-1-1、第一悬挂环2-1-2、连接轴2-1-3和芯轴2-1-4，所述第一捞矛头组件2-1-1通过连接轴2-1-3与芯轴2-1-4连接，在连接轴2-1-3上套装第一悬挂环2-1-2。
参看图7、图8、图9，本发明所述的适于海洋钻探的绳索取心钻具，其压入式取心内钻具2-1中的活塞式运动部件Ⅱ包括由上至下依次布置的活塞组件2-1-5、快速拆卸机构2-1-6、第一内管组件2-1-7和第一内钻头2-1-8；在所述活塞组件2-1-5中设有与外总成1中密封外管1-6紧密贴合的凸缘活塞2-1-5-1；所述快速拆卸机构2-1-6包括快拆内套2-1-6-1、快拆锁环、2-1-6-2、定位键2-1-6-3和快拆外套2-1-6-4，所述快拆内套2-1-6-1上端与活塞组件2-1-5中的活塞座装配，快拆外套2-1-6-4下端与第一内管组件2-1-7装配，快拆内套2-1-6-1与快拆外套2-1-6-4配装，通过定位键2-1-6-3、快拆锁环2-1-6-2的配合实现快速拆卸结构2-1-6的定位锁止。
参看图10、图11，本发明所述的适于海洋钻探的绳索取心钻具，其超前取心内钻具2-2从上至下依次设置第二捞矛头组件2-2-1、第二悬挂环2-2-2、第二内管组件2-2-3和第二内钻头2-2-4；所述第二捞矛头组件2-2-1中设有弹卡，超前取心内钻具2-2通过弹卡与外总成1中弹卡室1-4、第二悬挂环2-2-2与外总成1中座环1-5配合实现轴向定位；所述第二内钻头2-2-4外壁设有传扭外花键2-2-5，所述传扭外花键2-2-5与外总成1中钻头1-8上传扭内花键1-8-1相匹配，在传扭外花键2-2-5下端设有与外总成1中钻头1-8上倒角引锥1-8-2倒角引锥配合的反向倒角引锥2-2-5-1。
参看图12、图13，本发明所述的适于海洋钻探的绳索取心钻具，其自适应伸缩内钻具2-3包括由上至下依次装配的第三捞矛头组件2-3-1、第三悬挂环2-3-2、传扭轴2-3-4、传扭套2-3-5、第三内管组件2-3-6和第三内钻头2-3-7；所述第三捞矛头组件2-3-1中设有弹卡，自适应伸缩内钻具2-3通过弹卡与外总成1中弹卡室1-4、第三悬挂环2-3-2与外总成1中座环1-5配合实现轴向定位；所述外总成1通过弹卡挡头及弹卡为自适应伸缩内钻具2-3提供回转动力，再通过传扭轴2-3-4与传扭套2-3-5配合驱动第三内钻头2-3-7旋转；在所述第三悬挂环2-3-2和传扭套2-3-5之间设置压缩弹簧2-3-3，所述压缩弹簧2-3-3套装在传扭轴2-3-4外面。
参看图14，本发明所述的适于海洋钻探的绳索取心钻具，其绳冲内钻具2-4从上至下依次设置第四捞矛头组件2-4-1、第四悬挂环2-4-2、液动锤组件2-4-3、第四内管组件2-4-4和第四内钻头2-4-5；所述第四捞矛头组件2-4-1中设有弹卡，绳冲内钻具2-4通过弹卡与外总成1中弹卡室1-4、第四悬挂环2-4-2与外总成1中座环1-5配合实现轴向定位；所述液动锤组件2-4-3在钻井液压力驱动下工作，为第四内钻头2-4-5提供向下的冲击力。
参看图15、图16，本发明所述的适于海洋钻探的绳索取心钻具，其多级内管伸缩内钻具2-5从上至下依次设置第五捞矛头组件2-5-1、第五悬挂环2-5-2、第五内管组件2-5-3和第五内钻头2-5-4；所述第五捞矛头组件2-5-1中设有弹卡，多级内管伸缩内钻具2-5通过弹卡与外总成1中弹卡室1-4、第五悬挂环2-5-2与外总成1中座环1-5配合实现轴向定位；所述第五内管组件2-5-3中设置至少三层伸缩内管，所述伸缩内管套装在一起，通过在其下端设置的销钉2-5-5锁止固定，所述销钉2-5-5为阶梯轴状销钉。
参看图1、图2，本发明所述的适于海洋钻探的绳索取心钻具，其保压取心内钻具（保压取心内钻具为现有技术，其具体结构在附图中未显示）中悬挂环与外总成1中座环1-5、弹卡与外总成1中保压钻具弹卡室1-2配合实现保压取心内钻具的轴向定位。
参看图1至图16，本发明还提供一种适于海洋钻探的工艺方法，该工艺方法根据不同深度海洋地层特点，更换相应的内总成钻具，具体操作步骤如下：
a、针对海底开孔的淤泥地层，选用压入式取心内钻具2-1，通过钻台面上布置的水泵将高压泥浆注入内总成2和外总成1之间形成的环空结构3中，通过泥浆压力驱动活塞式运动部件Ⅱ剪断销轴Ⅲ后向下运动，使第一内钻头2-1-8冲入软弱地层中，并在第一内管组件2-1-7中获取淤泥地层岩心，在压入式取心内钻具2-1被打捞后，通过快速拆卸机构2-1-6将压入式取心内钻具2-1中活塞式运动部件Ⅱ拆开为上下两部分，再将第一内管组件2-1-7中岩心取出；
b、在地层变化为泥质粉砂、粉砂质泥等含水量少的地层后，选用超前取心内钻具2-2获取地层岩心，通过外总成1钻头1-8的传扭内花键1-8-1与第二内钻头2-2-4的传扭外花键2-2-5配合实现伸出的第二内钻头2-2-4的旋转钻进，并在第二内管组件2-2-3中获取泥质粉砂、粉砂质泥地层岩心；
c、当遇到软硬交错的互层地层后，选用自适应伸缩内钻具2-3进行钻进取心，地层较软时，自适应伸缩内钻具2-3中伸出的第三内钻头2-3-7超前外总成1中钻头1-8的长度较长，此时第三内钻头2-3-7不受泥浆冲洗，可有效保护岩心，在地层变硬后，压缩弹簧2-3-3被压缩，第三内钻头2-3-7缩回至与外总成1钻头1-8齐平，此时第三内钻头2-3-7受到泥浆的冲洗，可有效冷却第三内钻头2-3-7以防止出现烧钻现象；
d、当钻进到较硬的地层如风化基岩、基岩等地层后，选用绳冲内钻具2-4进行钻进，通过液动锤组件2-4-3提供向下冲击力，提高取心钻进效率；
e、当在破碎地层钻进时，选用多级伸缩取心内钻具2-5，通过第五内管组件2-5-3中层叠布置的多级内管，增大回次进尺长度，如果发生岩心堵塞内管问题，销钉（2-5-5）连接最内层内管的部位被剪断，使最内层内管向上滑动，这时第二层内管内腔容纳岩心继续钻进，如果第二层内管再次堵塞，则剪断销钉连接第二层内管的部位，使第二层内管向上滑动，第三层内管内腔容纳岩心继续钻进；
f、当在海域天然气水合物储藏层取心钻进时，选用保压取心内钻具进行取心作业，以使取得的岩心样品保持原状，保压取心内钻具的弹卡与外总成1中保压钻具弹卡室1-2、悬挂环与外总成1中座环1-5配合实现轴向定位。
Claims (10)
1.一种适于海洋钻探的绳索取心钻具，其特征是，所述绳索取心钻具包括外总成（1）和内总成（2），所述外总成（1）从上至下依次设置保压钻具弹卡挡头（1-1）、保压钻具弹卡室（1-2）、弹卡挡头（1-3）、弹卡室（1-4）、密封外管（1-6）、调节短节（1-7）和钻头（1-8），在弹卡室（1-4）和密封外管（1-6）连接部位设置座环（1-5），所述钻头（1-8）内壁上设有传扭内花键（1-8-1），并在传扭内花键（1-8-1）上端设有倒角引锥（1-8-2）；所述内总成（2）包括分别与不同地层结构相匹配的压入式取心内钻具（2-1）、超前取心内钻具（2-2）、自适应伸缩内钻具（2-3）、绳冲内钻具（2-4）、多级内管伸缩内钻具（2-5）和保压取心内钻具；取心作业时，内总成（2）置于外总成（1）内腔中，搭载在外总成（1）的座环（1-5）上，并在内总成（2）和外总成（1）之间形成环空结构（3）。
2.根据权利要求1所述的适于海洋钻探的绳索取心钻具，其特征是，所述压入式取心内钻具（2-1）设有固定部件（Ⅰ）和套装在固定部件（Ⅰ）外面的活塞式运动部件（Ⅱ），所述固定部件（Ⅰ）包括第一捞矛头组件（2-1-1）、第一悬挂环（2-1-2）、连接轴（2-1-3）和芯轴（2-1-4），所述第一捞矛头组件（2-1-1）通过连接轴（2-1-3）与芯轴（2-1-4）连接，在连接轴（2-1-3）上套装第一悬挂环（2-1-2），所述活塞式运动部件（Ⅱ）包括活塞组件（2-1-5）、第一内管组件（2-1-7）和第一内钻头（2-1-8），在取心作业前，活塞式运动部件（Ⅱ）通过销轴（Ⅲ）固定在连接轴（2-1-3）上，在活塞组件（2-1-5）中设有与外总成（1）中密封外管（1-6）紧密贴合的凸缘活塞（2-1-5-1），取心作业时，由钻台面上设置的水泵向内总成（2）和外总成（1）之间环空结构（3）中注入高压泥浆，通过凸缘活塞（2-1-5-1）为活塞式运动部件（Ⅱ）提供向下的推力，推动活塞式运动部件（Ⅱ）剪断销轴（Ⅲ）后向下运动。
3.根据权利要求2所述的适于海洋钻探的绳索取心钻具，其特征是，所述压入式取心内钻具（2-1）的活塞式运动部件（Ⅱ）中还设有快速拆卸机构（2-1-6），所述快速拆卸机构（2-1-6）包括快拆内套（2-1-6-1）、快拆锁环、（2-1-6-2）、定位键（2-1-6-3）和快拆外套（2-1-6-4），所述快拆内套（2-1-6-1）上端与活塞组件（2-1-5）中的活塞座装配，快拆外套（2-1-6-4）下端与第一内管组件（2-1-7）装配，快拆内套（2-1-6-1）与快拆外套（2-1-6-4）配装，通过定位键（2-1-6-3）、快拆锁环（2-1-6-2）的配合实现快速拆卸结构（2-1-6）的定位锁止。
4.根据权利要求1或2或3所述的适于海洋钻探的绳索取心钻具，其特征是，所述超前取心内钻具（2-2）从上至下依次设置第二捞矛头组件（2-2-1）、第二悬挂环（2-2-2）、第二内管组件（2-2-3）和第二内钻头（2-2-4）；所述第二捞矛头组件（2-2-1）中设有弹卡，超前取心内钻具（2-2）通过弹卡与外总成（1）中弹卡室（1-4）、第二悬挂环（2-2-2）与外总成（1）中座环（1-5）配合实现轴向定位；所述第二内钻头（2-2-4）外壁设有传扭外花键（2-2-5），所述传扭外花键（2-2-5）与外总成（1）中钻头（1-8）上传扭内花键（1-8-1）相匹配，在传扭外花键（2-2-5）下端设有与外总成（1）中钻头（1-8）上倒角引锥（1-8-2）配合的反向倒角引锥（2-2-5-1）。
5.根据权利要求1或2或3所述的适于海洋钻探的绳索取心钻具，其特征是，所述自适应伸缩内钻具（2-3）包括由上至下依次装配的第三捞矛头组件（2-3-1）、第三悬挂环（2-3-2）、传扭轴（2-3-4）、传扭套（2-3-5）、第三内管组件（2-3-6）和第三内钻头（2-3-7）；所述第三捞矛头组件（2-3-1）中设有弹卡，自适应伸缩内钻具（2-3）通过弹卡与外总成（1）中弹卡室（1-4）、第三悬挂环（2-3-2）与外总成（1）中座环（1-5）配合实现轴向定位；所述外总成（1）通过弹卡挡头及弹卡为自适应伸缩内钻具（2-3）提供回转动力，再通过传扭轴（2-3-4）与传扭套（2-3-5）配合驱动第三内钻头（2-3-7）旋转；在所述第三悬挂环（2-3-2）和传扭套（2-3-5）之间设置压缩弹簧（2-3-3），所述压缩弹簧（2-3-3）套装在传扭轴（2-3-4）外面。
6.根据权利要求1或2或3所述的适于海洋钻探的绳索取心钻具，其特征是，所述绳冲内钻具（2-4）从上至下依次设置第四捞矛头组件（2-4-1）、第四悬挂环（2-4-2）、液动锤组件（2-4-3）、第四内管组件（2-4-4）和第四内钻头（2-4-5）；所述第四捞矛头组件（2-4-1）中设有弹卡，绳冲内钻具（2-4）通过弹卡与外总成（1）中弹卡室（1-4）、第四悬挂环（2-4-2）与外总成（1）中座环（1-5）配合实现轴向定位；所述液动锤组件（2-4-3）在钻井液压力驱动下工作，为第四内钻头（2-4-5）提供向下的冲击力。
7.根据权利要求1或2或3所述的适于海洋钻探的绳索取心钻具，其特征是，所述多级内管伸缩内钻具（2-5）从上至下依次设置第五捞矛头组件（2-5-1）、第五悬挂环（2-5-2）、第五内管组件(2-5-3)和第五内钻头（2-5-4）；所述第五捞矛头组件（2-5-1）中设有弹卡，多级内管伸缩内钻具（2-5）通过弹卡与外总成（1）中弹卡室（1-4）、第五悬挂环（2-5-2）与外总成（1）中座环（1-5）配合实现轴向定位；所述第五内管组件（2-5-3）中设置至少三层伸缩内管，所述伸缩内管套装在一起，通过在其下端设置的销钉（2-5-5）锁止固定，所述销钉（2-5-5）为阶梯轴状销钉。
8.根据权利要求1或2或3所述的适于海洋钻探的绳索取心钻具，其特征是，所述保压取心内钻具中悬挂环与外总成（1）中座环（1-5）、弹卡与外总成（1）中保压钻具弹卡室（1-2）配合实现保压取心内钻具的轴向定位。
9.一种适于海洋钻探的工艺方法，其特征是，在海洋地层岩心取样作业过程中，根据不同深度海洋地层特点，更换相应的内总成钻具，具体操作步骤如下：
a、针对海底开孔的淤泥地层，选用压入式取心内钻具（2-1），通过钻台面上布置的水泵将高压泥浆注入内总成（2）和外总成（1）之间形成的环空结构（3）中，通过泥浆压力推动活塞式运动部件（Ⅱ）剪断销轴（Ⅲ）后向下运动，使第一内钻头（2-1-8）冲入软弱地层中，并在第一内管组件（2-1-7）中获取淤泥地层岩心；
b、在地层变化为泥质粉砂、粉砂质泥等含水量少的地层后，选用超前取心内钻具（2-2）获取地层岩心，通过外总成（1）钻头（1-8）的传扭内花键（1-8-1）与第二内钻头（2-2-4）的传扭外花键（2-2-5）配合实现伸出的第二内钻头（2-2-4）的旋转钻进，并在第二内管组件（2-2-3）中获取泥质粉砂、粉砂质泥地层岩心；
c、当遇到软硬交错的互层地层后，选用自适应伸缩内钻具（2-3）进行钻进取心，地层较软时，自适应伸缩内钻具（2-3）中伸出的第三内钻头（2-3-7）超前外总成（1）中钻头（1-8）的长度较长，此时第三内钻头（2-3-7）不受泥浆冲洗，可有效保护岩心，在地层变硬后，压缩弹簧（2-3-3）被压缩，第三内钻头（2-3-7）缩回至与外总成（1）钻头（1-8）齐平，此时第三内钻头（2-3-7）受到泥浆的冲洗，可有效冷却第三内钻头（2-3-7）以防止出现烧钻现象；
d、当钻进到较硬的地层如风化基岩、基岩等地层后，选用绳冲内钻具（2-4）进行钻进，通过液动锤组件（2-4-3）提供向下冲击力，提高取心钻进效率；
e、当在破碎地层钻进时，选用多级伸缩取心内钻具（2-5），通过第五内管组件（2-5-3）中层叠布置的多级内管，增大回次进尺长度，如果发生岩心堵塞内管问题，销钉（2-5-5）连接最内层内管的部位被剪断，使最内层内管向上滑动，这时第二层内管内腔容纳岩心继续钻进，如果第二层内管再次堵塞，则剪断销钉连接第二层内管的部位，使第二层内管向上滑动，第三层内管内腔容纳岩心继续钻进；
f、当在海域天然气水合物储藏层取心钻进时，选用保压取心内钻具进行取心作业，使取得的岩心样品保持原状，保压取心内钻具的弹卡与外总成（1）中保压钻具弹卡室（1-2）、悬挂环与外总成（1）中座环（1-5）配合实现轴向定位。
10.根据权利要求9所述的适于海洋钻探的工艺方法，其特征是，在所述步骤a中，压入式取心内钻具（2-1）被打捞后，通过快速拆卸机构（2-1-6）将压入式取心内钻具（2-1）中活塞式运动部件（Ⅱ）拆开为上下两部分，再将第一内管组件（2-1-7）中岩心取出。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010936187.1A CN112112590B (zh) | 2020-09-08 | 2020-09-08 | 一种适于海洋钻探的绳索取心钻具及工艺方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010936187.1A CN112112590B (zh) | 2020-09-08 | 2020-09-08 | 一种适于海洋钻探的绳索取心钻具及工艺方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112112590A true CN112112590A (zh) | 2020-12-22 |
| CN112112590B CN112112590B (zh) | 2024-07-05 |
Family
ID=73803500
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010936187.1A Active CN112112590B (zh) | 2020-09-08 | 2020-09-08 | 一种适于海洋钻探的绳索取心钻具及工艺方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112112590B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114278243A (zh) * | 2022-03-07 | 2022-04-05 | 中国地质科学院勘探技术研究所 | 一种快速拆装的单动双管取心钻具 |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU3276384A (en) * | 1983-09-09 | 1985-03-14 | Norton Christensen Inc. | Hydraulically operated core catcher |
| CN102296950A (zh) * | 2011-05-16 | 2011-12-28 | 中海油田服务股份有限公司 | 一种液压剪切式取样钻具 |
| CN102418488A (zh) * | 2011-10-31 | 2012-04-18 | 中国地质科学院勘探技术研究所 | 一种绳索取心钻具 |
| CN202866644U (zh) * | 2012-11-09 | 2013-04-10 | 杨振侠 | 一种牙轮、潜孔锤组合钻具 |
| CN103352671A (zh) * | 2013-07-24 | 2013-10-16 | 李国民 | 一种绳索取心钻具 |
| CN207194856U (zh) * | 2017-07-28 | 2018-04-06 | 中国地质科学院勘探技术研究所 | 一种海底天然气水合物岩心保压取心钻具 |
| US20190368294A1 (en) * | 2018-05-30 | 2019-12-05 | Guangzhou Marine Geological Survey | Natural gas hydrate pressure-retaining corer |
| CN110685604A (zh) * | 2019-10-24 | 2020-01-14 | 山西能源学院 | 一种用于软硬不均砂土层钻进的自调式双管钻具 |
| CN111155950A (zh) * | 2020-01-19 | 2020-05-15 | 吉林大学 | 一种可控伸缩式低摩阻满筒取心的岩心套 |
| CN215949409U (zh) * | 2020-09-08 | 2022-03-04 | 中国地质科学院勘探技术研究所 | 一种适于海洋钻探的绳索取心钻具 |
-
2020
- 2020-09-08 CN CN202010936187.1A patent/CN112112590B/zh active Active
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU3276384A (en) * | 1983-09-09 | 1985-03-14 | Norton Christensen Inc. | Hydraulically operated core catcher |
| CN102296950A (zh) * | 2011-05-16 | 2011-12-28 | 中海油田服务股份有限公司 | 一种液压剪切式取样钻具 |
| CN102418488A (zh) * | 2011-10-31 | 2012-04-18 | 中国地质科学院勘探技术研究所 | 一种绳索取心钻具 |
| CN202866644U (zh) * | 2012-11-09 | 2013-04-10 | 杨振侠 | 一种牙轮、潜孔锤组合钻具 |
| CN103352671A (zh) * | 2013-07-24 | 2013-10-16 | 李国民 | 一种绳索取心钻具 |
| CN207194856U (zh) * | 2017-07-28 | 2018-04-06 | 中国地质科学院勘探技术研究所 | 一种海底天然气水合物岩心保压取心钻具 |
| US20190368294A1 (en) * | 2018-05-30 | 2019-12-05 | Guangzhou Marine Geological Survey | Natural gas hydrate pressure-retaining corer |
| CN110685604A (zh) * | 2019-10-24 | 2020-01-14 | 山西能源学院 | 一种用于软硬不均砂土层钻进的自调式双管钻具 |
| CN111155950A (zh) * | 2020-01-19 | 2020-05-15 | 吉林大学 | 一种可控伸缩式低摩阻满筒取心的岩心套 |
| CN215949409U (zh) * | 2020-09-08 | 2022-03-04 | 中国地质科学院勘探技术研究所 | 一种适于海洋钻探的绳索取心钻具 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114278243A (zh) * | 2022-03-07 | 2022-04-05 | 中国地质科学院勘探技术研究所 | 一种快速拆装的单动双管取心钻具 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112112590B (zh) | 2024-07-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2238782C (en) | Method and apparatus for radially drilling through well casing and formation | |
| US6182776B1 (en) | Overburden drilling apparatus having a down-the-hole hammer separatable from an outer casing/drill bit unit | |
| CN110748299B (zh) | 一种天然气水合物开采复合破碎超变径钻头 | |
| WO2020034643A1 (zh) | 海底天然气水合物保压绳索取心钻机钻进工艺 | |
| US7775304B2 (en) | Apparatus and method for driving casing or conductor pipe | |
| CN109267982B (zh) | 一种分段压裂及控水完井方法及管柱、井下滑套开关系统 | |
| US20030221870A1 (en) | Earth loop heat exchange methods and systems | |
| US8210270B2 (en) | Drilling and completion deflector and method of using | |
| CN109441386B (zh) | 一种同时完成海底切割套管和封井作业的装置 | |
| CN215949409U (zh) | 一种适于海洋钻探的绳索取心钻具 | |
| CN111155950A (zh) | 一种可控伸缩式低摩阻满筒取心的岩心套 | |
| CN112112590A (zh) | 一种适于海洋钻探的绳索取心钻具及工艺方法 | |
| CN109723410B (zh) | 一种天然气水合物固态流化开采的伞式开采工具 | |
| CN116838277A (zh) | 一种冲击压入式绳索取心钻探装置及工艺 | |
| CN213653445U (zh) | 一种自攻式护筒 | |
| CN108360978B (zh) | 一种短螺旋挤土灌注桩组合式施工方法及组装式钻具 | |
| CN108952665B (zh) | 一种半潜式钻井平台或钻井船的水力割缝装置 | |
| CN1296598C (zh) | 绳索打捞式排屑无循环钻进成孔方法及机具 | |
| CN213807609U (zh) | 一种绳索取心钻具内管快速拆卸机构 | |
| CN220791135U (zh) | 一种助沉装置的扩孔器结构 | |
| CN219974406U (zh) | 一种复杂地质适应性更强的旋挖钻头 | |
| CN220789746U (zh) | 一种助沉装置的传动结构 | |
| CN217001677U (zh) | 一种溶洞穿越用筒钻 | |
| CN217501609U (zh) | 大尺寸套管段铣工具 | |
| US20230374859A1 (en) | Reciprocating drive apparatus |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |